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电流反馈放大器怎么用才有效?
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放大器
CFB
缓冲器
电流
反馈 (CFB)
放大器
大部分归属高速放大器范畴;那么到底应该怎么使用电流反馈放大器才有效?
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(1)
李广旭
2021-4-2 15:57:12
CFB 放大器具有一个高阻抗输入(非反相输入)、一个低阻抗输入(反相输入)以及一个输出低阻抗,如下图所示。注意:为了便于讨论,我会忽略电源引脚及禁用功能。
~
图 1:CFB 内部组件
只要不加载输入,非反相输入端
电压
便可看到高输入阻抗。非反相输入端电压在通过缓冲器时会出现在反相输入端。由于缓冲器不太理想,因此它会具有随频率变化的增益 a(s),DC 幅度非常接近 1V/V,通常为 0.996V/V。此外,缓冲器在理想情况下,输出阻抗为 0W。实际上,输出阻抗介于几欧姆到几十欧姆之间。目前我会忽略阻抗的
电感
分量。
缓冲器的作用有两个:
1) 迫使反相节点电压跟随非反相输入;
2) 提供一个用于疏导误差电流的低阻抗路径。
误差电流通过缓冲器后,会通过高跨阻抗增益级传输至输出端。关闭反馈环路可将误差电流降到几乎等于零,这种方式与电压反馈放大器中将误差电压降至零的方式类似。
剩下的工作就是写出如下方程并对其进行求解。
是噪声增益,在所示的非反相配置情况下也是信号增益。
环路增益可表示为:
这对于理想的 CFB [Ri = 0]来说,是一个非常重要的公式,因为它表明了环路增益与反馈
电阻
的比例关系,因此反馈电阻可作为 CFB 的主要补偿。事实上,增加反馈电阻及带宽 (BW),不仅会降低反馈电阻,同时还可增大带宽。实际上,不可能将反馈电阻降低到特定值以下,否则放大器会发生振荡。
只要[Ri = 0],带宽就与增益不成比例,而且 CFB 可看作与增益带宽结果无关。实际上,这在Ri ≠ 0时,对一阶而言是成立。
CFB 还具备固有的高压摆率和低偏置电流。输入级是一个缓冲器,可提供尽可能多的电流,直到内部晶体管饱和为止。该饱和的发生时间比传统差分对输入电压反馈放大器 (VFB) 要晚得多。该特性十分重要,其可转化成更高的全功率带宽。
最后,CFB 并不适合所有应用。它们最适合那些受噪声增益增加影响最大以及仅需有限带宽(几百 MHz)但需要高增益的应用。CFB 不太可能作为前端放大器使用,因为 VFB 支持更低噪声,可带来更好的效果。但作为二阶,CFB 确实具备比任何 VFB 都要好得多的带宽-静态电流比。此外,CFB 还适合需要多个输入的求和应用。在这类应用中,VFB 的带宽会受到噪声增益的限制。最后,最适合使用 CFB 的最新应用就是线路驱动器,该应用中一般同时需要高增益和高带宽,而且具有高输出电流与高压摆率。
CFB 放大器具有一个高阻抗输入(非反相输入)、一个低阻抗输入(反相输入)以及一个输出低阻抗,如下图所示。注意:为了便于讨论,我会忽略电源引脚及禁用功能。
~
图 1:CFB 内部组件
只要不加载输入,非反相输入端
电压
便可看到高输入阻抗。非反相输入端电压在通过缓冲器时会出现在反相输入端。由于缓冲器不太理想,因此它会具有随频率变化的增益 a(s),DC 幅度非常接近 1V/V,通常为 0.996V/V。此外,缓冲器在理想情况下,输出阻抗为 0W。实际上,输出阻抗介于几欧姆到几十欧姆之间。目前我会忽略阻抗的
电感
分量。
缓冲器的作用有两个:
1) 迫使反相节点电压跟随非反相输入;
2) 提供一个用于疏导误差电流的低阻抗路径。
误差电流通过缓冲器后,会通过高跨阻抗增益级传输至输出端。关闭反馈环路可将误差电流降到几乎等于零,这种方式与电压反馈放大器中将误差电压降至零的方式类似。
剩下的工作就是写出如下方程并对其进行求解。
是噪声增益,在所示的非反相配置情况下也是信号增益。
环路增益可表示为:
这对于理想的 CFB [Ri = 0]来说,是一个非常重要的公式,因为它表明了环路增益与反馈
电阻
的比例关系,因此反馈电阻可作为 CFB 的主要补偿。事实上,增加反馈电阻及带宽 (BW),不仅会降低反馈电阻,同时还可增大带宽。实际上,不可能将反馈电阻降低到特定值以下,否则放大器会发生振荡。
只要[Ri = 0],带宽就与增益不成比例,而且 CFB 可看作与增益带宽结果无关。实际上,这在Ri ≠ 0时,对一阶而言是成立。
CFB 还具备固有的高压摆率和低偏置电流。输入级是一个缓冲器,可提供尽可能多的电流,直到内部晶体管饱和为止。该饱和的发生时间比传统差分对输入电压反馈放大器 (VFB) 要晚得多。该特性十分重要,其可转化成更高的全功率带宽。
最后,CFB 并不适合所有应用。它们最适合那些受噪声增益增加影响最大以及仅需有限带宽(几百 MHz)但需要高增益的应用。CFB 不太可能作为前端放大器使用,因为 VFB 支持更低噪声,可带来更好的效果。但作为二阶,CFB 确实具备比任何 VFB 都要好得多的带宽-静态电流比。此外,CFB 还适合需要多个输入的求和应用。在这类应用中,VFB 的带宽会受到噪声增益的限制。最后,最适合使用 CFB 的最新应用就是线路驱动器,该应用中一般同时需要高增益和高带宽,而且具有高输出电流与高压摆率。
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